KR20130077463A - Nonvolatile memory device and method for fabricating the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A nonvolatile memory device and a method for fabricating the same are provided to easily perform an erasing process by supplying enough holes to a memory cell in the erasing process of the memory cell. CONSTITUTION: A channel layer (140) is vertically protruded from a substrate. A hole supplying layer (125) and a gate electrode (150A) are alternately laminated on the channel layer. The hole supplying layer includes a P-type semiconductor. A memory layer is formed between the channel layer and the gate electrode. An insulating layer is formed between the hole supplying layer and the gate electrode.

Description

비휘발성 메모리 장치 및 그 제조 방법{NONVOLATILE MEMORY DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a nonvolatile memory device,

본 발명은 비휘발성 메모리 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판으로부터 수직 방향으로 복수의 메모리 셀이 적층되는 3차원 구조의 비휘발성 메모리 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a nonvolatile memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure in which a plurality of memory cells are stacked in a vertical direction from a substrate and a method of manufacturing the same.

비휘발성 메모리 장치는 전원공급이 차단되더라도 저장된 데이터가 그대로 유지되는 메모리 장치이다. 현재 다양한 비휘발성 메모리 장치 예컨대, 플래시 메모리(Flash Memory) 등이 널리 이용되고 있다.A nonvolatile memory device is a memory device in which stored data is retained even if the power supply is interrupted. Currently, various nonvolatile memory devices such as flash memory are widely used.

특히, 최근 반도체 기판 상에 단층으로 메모리 셀을 형성하는 2차원 구조의 비휘발성 메모리 장치의 집적도 향상이 한계에 도달함에 따라, 반도체 기판으로부터 수직 방향으로 돌출된 채널층을 따라 복수의 메모리 셀을 형성하는 3차원 구조의 비휘발성 메모리 장치가 제안되었다.In particular, recently, as the degree of integration of a non-volatile memory device having a two-dimensional structure for forming memory cells in a single layer on a semiconductor substrate reaches a limit, a plurality of memory cells are formed along a channel layer protruding vertically from the semiconductor substrate A nonvolatile memory device having a three-dimensional structure has been proposed.

그런데 종래의 3차원 구조의 비휘발성 메모리 장치는 일반적으로 도핑되지 않은 폴리실리콘으로 채널층을 형성하고, n형 도핑을 통해 소스(Source) 및 드레인(Drain) 영역을 형성하게 된다. 이에 따라 메모리 셀에 정공(Hole)을 충분히 공급해 줄 수 있는 정공 공급원이 구비되지 않아 메모리 셀의 소거(Erase) 동작이 원활하게 수행되지 않는 문제가 있다.However, the conventional three-dimensional nonvolatile memory device generally forms a channel layer with undoped polysilicon and forms a source region and a drain region through n-type doping. Accordingly, there is a problem that the erase operation of the memory cell is not performed smoothly because the hole supply source that can sufficiently supply the holes is not provided in the memory cell.

한편, 이 문제를 해결하기 위해 GIDL(Gate Induced Drain Leakage) 전류를 이용한 메모리 셀의 소거 방법이 제안된 바 있으나, 이를 통해서도 메모리 셀의 소거를 위한 정공을 충분히 공급하기는 어렵다. 또한, GIDL 전류를 이용하는 경우 기록/소거 반복(Program/Erase Cycling)에 따라 소자의 특성이 열화되는 문제가 따르게 된다.
In order to solve this problem, a method of erasing a memory cell using a GIDL (Gate Induced Drain Leakage) current has been proposed, but it is also difficult to sufficiently supply holes for erasing a memory cell. In addition, when the GIDL current is used, there arises a problem that the characteristic of the device deteriorates due to program / erase cycling.

본 발명의 일 실시예는, 메모리 셀들 사이에 정공 공급층을 형성하여 메모리 셀의 소거 동작 시에 메모리 셀에 정공을 충분히 공급함으로써 GIDL 전류를 이용하지 않고도 소거 동작을 원활하게 수행할 수 있으며, 기록/소거 반복에 따른 특성 열화를 방지할 수 있는 비휘발성 메모리 장치 및 그 제조 방법을 제공한다.
An embodiment of the present invention can smoothly perform the erase operation without using the GIDL current by sufficiently supplying holes to the memory cell in the erase operation of the memory cell by forming the hole supply layer between the memory cells, / Non-volatile memory device capable of preventing characteristic deterioration due to erase repetition and a method of manufacturing the same.

본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치는, 기판으로부터 수직으로 돌출된 채널층; 상기 채널층을 따라 교대로 적층된 복수의 정공 공급층 및 복수의 게이트 전극; 상기 채널층과 상기 게이트 전극 사이에 개재되는 메모리막; 및 상기 정공 공급층과 상기 게이트 전극 사이에 개재되는 절연막을 포함할 수 있다.
A nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention includes: a channel layer vertically protruded from a substrate; A plurality of hole supply layers and a plurality of gate electrodes alternately stacked along the channel layer; A memory film interposed between the channel layer and the gate electrode; And an insulating layer interposed between the hole supply layer and the gate electrode.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치의 제조 방법은, 기판 상에 층간 절연막을 형성하는 단계; 상기 층간 절연막 상에 복수의 정공 공급층 및 복수의 희생층을 교대로 적층하는 단계; 상기 정공 공급층 및 상기 희생층을 선택적으로 식각하여 상기 기판을 노출시키는 채널홀을 형성하는 단계; 상기 채널홀 내에 채널층을 형성하는 단계; 상기 채널홀 양측의 상기 정공 공급층 일부 및 상기 희생층을 관통하는 슬릿홀을 형성하는 단계; 상기 슬릿홀에 의해 노출된 상기 희생층을 제거하는 단계; 및 상기 희생층이 제거된 공간에 메모리막 및 게이트 전극을 순차적으로 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a nonvolatile memory device, including: forming an interlayer insulating film on a substrate; Depositing a plurality of hole supply layers and a plurality of sacrificial layers alternately on the interlayer insulating film; Forming a channel hole exposing the substrate by selectively etching the hole supply layer and the sacrificial layer; Forming a channel layer in the channel hole; Forming a part of the hole supply layer on both sides of the channel hole and a slit hole passing through the sacrificial layer; Removing the sacrificial layer exposed by the slit hole; And sequentially forming a memory film and a gate electrode in a space in which the sacrificial layer is removed.

본 기술에 따르면, 메모리 셀들 사이에 정공 공급층을 형성하여 메모리 셀의 소거 동작 시에 메모리 셀에 정공을 충분히 공급함으로써 GIDL 전류를 이용하지 않고도 소거 동작을 원활하게 수행할 수 있으며, 기록/소거 반복에 따른 특성 열화를 방지할 수 있다.
According to this technology, it is possible to smoothly perform the erase operation without using the GIDL current by sufficiently supplying the holes to the memory cell during the erase operation of the memory cell by forming the hole supply layer between the memory cells, Can be prevented.

도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 제3 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
1A to 1E are cross-sectional views illustrating a nonvolatile memory device and a method of manufacturing the same according to a first embodiment of the present invention.
2A to 2D are cross-sectional views illustrating a nonvolatile memory device and a method of manufacturing the same according to a second embodiment of the present invention.
3A to 3G are cross-sectional views illustrating a nonvolatile memory device and a method of manufacturing the same according to a third embodiment of the present invention.

이하에서는, 본 발명의 가장 바람직한 실시예가 설명된다. 도면에 있어서, 두께와 간격은 설명의 편의를 위하여 표현된 것이며, 실제 물리적 두께에 비해 과장되어 도시될 수 있다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지와 무관한 공지의 구성은 생략될 수 있다. 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
Hereinafter, the most preferred embodiment of the present invention will be described. In the drawings, the thickness and the spacing are expressed for convenience of explanation, and can be exaggerated relative to the actual physical thickness. In describing the present invention, known configurations irrespective of the gist of the present invention may be omitted. It should be noted that, in the case of adding the reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements have the same number as much as possible even if they are displayed on different drawings.

도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 특히, 도 1e는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치를 나타내는 단면도이고, 도 1a 내지 도 1d는 도 1e의 장치를 제조하기 위한 공정 중간 단계의 일례를 나타내는 단면도이다.1A to 1E are cross-sectional views illustrating a nonvolatile memory device and a method of manufacturing the same according to a first embodiment of the present invention. Particularly, FIG. 1E is a cross-sectional view showing a non-volatile memory device according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 1A to 1D are cross-sectional views showing an example of an intermediate process step for manufacturing the device shown in FIG. 1E.

도 1a를 참조하면, 기판(100) 상에 층간 절연막(120)을 형성한다. 기판(100)은 단결정 실리콘과 같은 반도체 기판일 수 있으며, 소정의 하부 구조물(미도시됨)을 포함할 수 있다. 또한, 층간 절연막(120)은 산화막 또는 질화막 계열의 물질로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 1A, an interlayer insulating layer 120 is formed on a substrate 100. The substrate 100 may be a semiconductor substrate such as monocrystalline silicon and may include a predetermined substructure (not shown). In addition, the interlayer insulating film 120 may be formed of an oxide film or a nitride film material.

이어서, 층간 절연막(120) 상에 복수의 정공 공급층(125) 및 복수의 희생층(130)을 교대로 적층한다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 복수의 정공 공급층(125) 및 복수의 희생층(130)이 교대로 적층된 구조물을 적층 구조물이라 하기로 한다. 이때, 적층 구조물의 최하부 및 최상부에는 정공 공급층(125)이 배치되도록 할 수 있다.Subsequently, a plurality of hole supplying layers 125 and a plurality of sacrificial layers 130 are alternately laminated on the interlayer insulating film 120. Hereinafter, for convenience of explanation, a structure in which a plurality of hole supplying layers 125 and a plurality of sacrificial layers 130 are alternately stacked will be referred to as a stacked structure. At this time, the hole supplying layer 125 may be disposed at the lowermost portion and the uppermost portion of the stacked structure.

여기서, 정공 공급층(125)은 메모리 셀의 소거(Erase) 동작 시에 메모리 셀에 정공(Hole)을 충분히 공급해주기 위한 것으로서 p형 반도체, 예컨대 p+ 폴리실리콘으로 형성할 수 있다. 또한, 희생층(130)은 후속 공정에서 제거되어 후술하는 게이트 전극이 형성될 공간을 제공하는 몰드(Mold) 역할을 하는 층으로서 정공 공급층(125)과 식각 선택비를 갖는 물질, 예컨대 실리콘 산화막(SiO2)과 같은 산화막 계열의 물질로 형성할 수 있다. 한편, 본 단면도에는 4개의 희생층(130)이 도시되어 있으나, 이는 예시에 불과하며 그 이상 또는 그 이하로도 형성할 수 있다.Here, the hole supply layer 125 may be formed of a p-type semiconductor, for example, p + polysilicon, to sufficiently supply holes to the memory cell during an erase operation of the memory cell. The sacrifice layer 130 is removed in a subsequent process to serve as a mold for providing a space for forming a gate electrode, which will be described later, as a hole supply layer 125 and a material having an etch selectivity, (SiO 2 ), or the like. Meanwhile, although four sacrificial layers 130 are shown in this cross-sectional view, this is merely an example, and may be formed more than or less than four.

도 1b를 참조하면, 적층 구조물 및 층간 절연막(120)을 선택적으로 식각하여 기판(100)을 노출시키는 채널홀(H1)을 형성한다. 채널홀(H1)은 평면상에서 볼 때 원 또는 타원 모양을 가질 수 있으며, 복수개가 매트릭스(Matrix) 형태로 배열될 수 있다.Referring to FIG. 1B, the stacked structure and the interlayer insulating layer 120 are selectively etched to form a channel hole H1 for exposing the substrate 100. The channel hole H1 may have a circular or elliptic shape when viewed on a plane, and a plurality of the channel holes H1 may be arranged in a matrix form.

이어서, 채널홀(H1) 내에 채널층(140)을 형성한다. 채널층(140)은 반도체 물질, 예컨대 폴리실리콘으로 형성할 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 채널층(140)이 채널홀(H1)을 완전히 매립하는 두께로 형성될 수 있으나 본 발명이 이에 한정되지 않으며, 다른 실시예에서는 채널층(140)이 채널홀(H1)을 완전히 매립하지 않는 얇은 두께로 형성될 수도 있다.Subsequently, a channel layer 140 is formed in the channel hole H1. The channel layer 140 may be formed of a semiconductor material, such as polysilicon. The channel layer 140 may be formed to have a thickness enough to completely fill the channel hole H1 but the present invention is not limited thereto. In another embodiment, the channel layer 140 may be formed in the channel hole H1, It may be formed to have a thin thickness that does not completely fill the space.

도 1c를 참조하면, 적층 구조물의 최하부에 위치하는 정공 공급층(125)을 제외한 나머지 정공 공급층(125) 및 희생층(130)을 선택적으로 식각하여 채널홀(H1) 양측의 정공 공급층(125) 및 희생층(130)을 분리시키는 슬릿홀(T)을 형성한다. 슬릿홀(T)은 본 단면과 교차하는 방향으로 연장되는 슬릿(Slit) 형태로 복수개가 평행하게 배열될 수 있으며, 잔류하는 정공 공급층(125)을 정공 공급층 패턴(125A)이라 한다.1C, the remaining hole supplying layer 125 and the sacrificing layer 130 except for the hole supplying layer 125 located at the lowermost part of the stacked structure are selectively etched to form a hole supplying layer 125 and the sacrificial layer 130 are formed. A plurality of the slit holes T may be arranged in a slit shape extending in a direction intersecting the main end face and the remaining hole supply layer 125 may be referred to as a hole supply layer pattern 125A.

한편, 층간 절연막(120)을 희생층(130)과 식각 선택비를 갖는 물질, 예컨대 질화막 계열의 물질로 형성한 경우, 적층 구조물의 최하부에 위치하는 정공 공급층(125)까지 식각하여 슬릿홀(T)에 의해 모든 정공 공급층(125)이 분리되도록 하여도 무방하다.When the interlayer insulating layer 120 is formed of a material having an etch selectivity with respect to the sacrificial layer 130, for example, a material having a nitride-based material, the material is etched to the hole supply layer 125 located at the lowermost portion of the stacked structure, T may be used to separate all the hole supplying layers 125 from each other.

이어서, 슬릿홀(T)에 의해 노출된 희생층(130)을 제거한다. 이때, 희생층(130)을 제거하기 위해 정공 공급층 패턴(125A)과의 식각 선택비를 이용한 습식 식각 공정을 수행할 수 있으며, 적층 구조물의 최하부에 위치하는 정공 공급층(125)은 층간 절연막(120)이 식각되는 것을 방지한다.Then, the sacrificial layer 130 exposed by the slit hole T is removed. At this time, a wet etching process using an etching selectivity with the hole supply layer pattern 125A may be performed to remove the sacrifice layer 130. The hole supply layer 125 positioned at the lowermost portion of the stack structure may be formed by a dry etching process, Thereby preventing the substrate 120 from being etched.

도 1d를 참조하면, 슬릿홀(T)을 통해 희생층(130)이 제거된 공간 내벽을 따라 메모리막(145)을 형성한다.Referring to FIG. 1D, a memory film 145 is formed along the inner space of the space where the sacrificial layer 130 is removed through the slit hole T. FIG.

여기서, 메모리막(145)은 터널 절연막, 전하 트랩막 및 전하 차단막을 순차적으로 증착하여 형성할 수 있다. 이때, 터널 절연막은 전하 터널링을 위한 것으로서 예컨대 산화막으로 이루어질 수 있고, 전하 트랩막은 전하를 트랩시켜 데이터를 저장하기 위한 것으로서 예컨대 질화막으로 이루어질 수 있으며, 전하 차단막은 전하 트랩막 내의 전하가 외부로 이동하는 것을 차단하기 위한 것으로서 예컨대 산화막으로 이루어질 수 있다. 즉, 메모리막(145)은 ONO(Oxide-Nitride-Oxide)의 삼중막 구조를 가질 수 있다.Here, the memory film 145 may be formed by sequentially depositing a tunnel insulating film, a charge trap film, and a charge blocking film. For example, the tunnel insulating film may be made of, for example, an oxide film. The charge trapping film may be formed of, for example, a nitride film for trapping charges to store data. For example, an oxide film. That is, the memory layer 145 may have a triple-layered structure of ONO (Oxide-Nitride-Oxide).

이어서, 희생층(130)이 제거된 공간을 매립하도록 메모리막(145) 상에 게이트 전극용 도전막(150)을 형성한다. 게이트 전극용 도전막(150)은 도전물질, 예컨대 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 또는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 방식으로 콘포멀(Conformal)하게 증착 가능한 금속 또는 금속 질화물을 포함할 수 있다.Then, a conductive film 150 for a gate electrode is formed on the memory film 145 so that the sacrificial layer 130 is buried in the removed space. The conductive film 150 for the gate electrode includes a metal or a metal nitride that can be conformally deposited by a conductive material such as Chemical Vapor Deposition (CVD) or Atomic Layer Deposition (ALD) can do.

도 1e를 참조하면, 슬릿홀(T) 내의 메모리막(145) 및 게이트 전극용 도전막(150)을 식각하여 메모리막(145) 및 게이트 전극용 도전막(150)을 슬릿홀(T)을 중심으로 분리시킨다. 본 공정 결과, 정공 공급층 패턴(125A) 사이에 게이트 전극(150A)이 형성되며, 잔류하는 메모리막(145)을 메모리막 패턴(145A)이라 한다.1E, the memory film 145 in the slit hole T and the conductive film 150 for the gate electrode are etched to form the memory film 145 and the conductive film 150 for the gate electrode into the slit hole T . As a result of this process, the gate electrode 150A is formed between the hole supply layer patterns 125A, and the remaining memory film 145 is referred to as a memory film pattern 145A.

한편, 본 실시예에서는 채널층(140)과 게이트 전극(150A) 사이 및 정공 공급층 패턴(125A)과 게이트 전극(150A) 사이에 메모리막 패턴(145A)이 개재될 수 있으나 본 발명이 이에 한정되지 않으며, 정공 공급층 패턴(125A)과 게이트 전극(150A) 사이에는 메모리막 패턴(145A)이 아닌 다른 절연막, 예컨대 산화막 또는 질화막과 같은 단일막이 개재되어도 무방하다.Although the memory layer pattern 145A may be interposed between the channel layer 140 and the gate electrode 150A and between the hole supply layer pattern 125A and the gate electrode 150A in the present embodiment, And a single insulating film such as an oxide film or a nitride film may be interposed between the hole supplying layer pattern 125A and the gate electrode 150A in place of the memory film pattern 145A.

이상에서 설명한 제조 방법에 의하여, 도 1e에 도시된 것과 같은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치가 제조될 수 있다.By the above-described manufacturing method, the nonvolatile memory device according to the first embodiment of the present invention as shown in FIG. 1E can be manufactured.

도 1e를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치는, 기판(100)으로부터 수직으로 돌출된 채널층(140), 채널층(140)을 따라 교대로 적층된 복수의 정공 공급층 패턴(125A) 및 복수의 게이트 전극(150A), 채널층(140)과 게이트 전극(150A) 사이에 개재되는 메모리막 패턴(145A), 및 정공 공급층 패턴(125A)과 게이트 전극(150A) 사이에 개재되는 절연막을 포함할 수 있다.1E, the nonvolatile memory device according to the first embodiment of the present invention includes a channel layer 140 vertically protruded from a substrate 100, a plurality of holes alternately stacked along the channel layer 140, A supply layer pattern 125A and a plurality of gate electrodes 150A, a memory film pattern 145A interposed between the channel layer 140 and the gate electrode 150A, and a hole supply layer pattern 125A and a gate electrode 150A And an insulating film interposed therebetween.

여기서, 정공 공급층 패턴(125A)은 메모리 셀의 소거 동작에 필요한 정공을 충분히 공급해주기 위한 것으로서 p형 반도체, 예컨대 p+ 폴리실리콘을 포함할 수 있다.
Here, the hole supplying layer pattern 125A may be a p-type semiconductor, for example, p + polysilicon for sufficiently supplying holes required for the erasing operation of the memory cell.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 전술한 제1 실시예와 실질적으로 동일한 부분에 대하여는 상세한 설명을 생략하기로 한다. 먼저, 제1 실시예와 동일하게 도 1a의 공정을 수행한 후, 도 2a 내지 도 2d의 공정을 수행한다.2A to 2D are cross-sectional views illustrating a nonvolatile memory device and a method of manufacturing the same according to a second embodiment of the present invention. In the following description of the present embodiment, a detailed description of parts that are substantially the same as those of the above-described first embodiment will be omitted. First, the process of FIG. 1A is performed as in the first embodiment, and the processes of FIGS. 2A to 2D are performed.

도 2a를 참조하면, 복수의 정공 공급층(125) 및 복수의 희생층(130)이 교대로 적층된 구조물 및 층간 절연막(120)을 선택적으로 식각하여 기판(100)을 노출시키는 채널홀(H1)을 형성한다. 채널홀(H1)은 평면상에서 볼 때 원 또는 타원 모양을 가질 수 있으며, 복수개가 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.2A, a structure in which a plurality of hole supply layers 125 and a plurality of sacrificial layers 130 are alternately stacked and an interlayer insulating layer 120 are selectively etched to form a channel hole H1 ). The channel hole H1 may have a circular or elliptic shape when viewed on a plane, and a plurality of the channel holes H1 may be arranged in a matrix form.

이어서, 채널홀(H1) 측벽에 보호막(135)을 형성한 후, 채널홀(H1) 내에 채널층(140)을 형성한다. 채널층(140)은 반도체 물질, 예컨대 폴리실리콘으로 형성할 수 있다.Next, a protective film 135 is formed on the sidewall of the channel hole H1, and a channel layer 140 is formed in the channel hole H1. The channel layer 140 may be formed of a semiconductor material, such as polysilicon.

여기서, 보호막(135)은 희생층(130)을 제거하는 후속 공정에서 채널층(140)이 식각되는 것을 방지하는 역할을 하며, 산화막 또는 질화막 계열의 물질로 형성할 수 있다. 특히, 보호막(135)의 두께를 조절함으로써 정공의 터널링(Tunneling)이 가능하도록 하거나, 또는 정공 공급층(125)과 채널층(140)을 완전히 절연시킬 수 있다.Here, the protective layer 135 prevents the channel layer 140 from being etched in a subsequent process for removing the sacrificial layer 130, and may be formed of an oxide layer or a nitride layer material. Particularly, it is possible to tunnel the holes by adjusting the thickness of the protective layer 135, or completely isolate the hole supply layer 125 and the channel layer 140 from each other.

도 2b를 참조하면, 적층 구조물의 최하부에 위치한 정공 공급층(125)을 제외한 나머지 정공 공급층(125) 및 희생층(130)을 선택적으로 식각하여 채널홀(H1) 양측의 정공 공급층(125) 및 희생층(130)을 분리시키는 슬릿홀(T)을 형성한다. 슬릿홀(T)은 본 단면과 교차하는 방향으로 연장되는 슬릿 형태로 복수개가 평행하게 배열될 수 있으며, 잔류하는 정공 공급층(125)을 정공 공급층 패턴(125A)이라 한다.2B, the remaining hole supplying layer 125 and the sacrificing layer 130 except for the hole supplying layer 125 located at the lowermost portion of the stacked structure are selectively etched to form a hole supplying layer 125 on both sides of the channel hole H1 ) And the sacrificial layer 130 are formed. A plurality of the slit holes T may be arranged in parallel to each other in a slit shape extending in a direction crossing the main end face and the remaining hole supply layer 125 is referred to as a hole supply layer pattern 125A.

이어서, 슬릿홀(T)에 의해 노출된 희생층(130)을 제거한다. 이때, 희생층(130)을 제거하기 위해 정공 공급층 패턴(125A)과의 식각 선택비를 이용한 습식 식각 공정을 수행할 수 있다.Then, the sacrificial layer 130 exposed by the slit hole T is removed. At this time, in order to remove the sacrificial layer 130, a wet etching process using an etching selection ratio with the hole supply layer pattern 125A may be performed.

도 2c를 참조하면, 슬릿홀(T)을 통해 희생층(130)이 제거된 공간 내벽을 따라 메모리막(145)을 형성한다. 메모리막(145)은 터널 절연막, 전하 트랩막 및 전하 차단막을 순차적으로 증착하여 형성할 수 있으며, ONO(Oxide-Nitride-Oxide)의 삼중막 구조를 가질 수 있다. 한편, 보호막(135)이 터널 절연막의 역할을 수행할 수 있으며, 이러한 경우 터널 절연막의 증착 과정은 생략될 수 있다.Referring to FIG. 2C, the memory layer 145 is formed along the inner space of the space where the sacrificial layer 130 is removed through the slit hole T. The memory layer 145 may be formed by sequentially depositing a tunnel insulating layer, a charge trap layer, and a charge blocking layer, and may have a triple-layered structure of ONO (Oxide-Nitride-Oxide). On the other hand, the protective layer 135 may serve as a tunnel insulating layer. In this case, the deposition process of the tunnel insulating layer may be omitted.

이어서, 희생층(130)이 제거된 공간을 매립하도록 메모리막(145) 상에 게이트 전극용 도전막(150)을 형성한다. 게이트 전극용 도전막(150)은 도전물질, 예컨대 화학적 기상 증착(CVD) 또는 원자층 증착(ALD) 방식으로 콘포멀하게 증착 가능한 금속 또는 금속 질화물을 포함할 수 있다.Then, a conductive film 150 for a gate electrode is formed on the memory film 145 so that the sacrificial layer 130 is buried in the removed space. The conductive film 150 for the gate electrode may comprise a conductive material such as a metal or metal nitride that can be conformally deposited by chemical vapor deposition (CVD) or atomic layer deposition (ALD) techniques.

도 2d를 참조하면, 슬릿홀(T) 내의 메모리막(145) 및 게이트 전극용 도전막(150)을 식각하여 메모리막(145) 및 게이트 전극용 도전막(150)을 슬릿홀(T)을 중심으로 분리시킨다. 본 공정 결과, 정공 공급층 패턴(125A) 사이에 게이트 전극(150A)이 형성되며, 잔류하는 메모리막(145)을 메모리막 패턴(145A)이라 한다.The memory film 145 in the slit hole T and the conductive film 150 for the gate electrode are etched to form the memory film 145 and the conductive film 150 for the gate electrode into the slit hole T . As a result of this process, the gate electrode 150A is formed between the hole supply layer patterns 125A, and the remaining memory film 145 is referred to as a memory film pattern 145A.

이상의 제2 실시예에서는 채널층(140) 측면을 둘러싸는 보호막(135)을 형성한다는 점에서 제1 실시예와 차이가 있다.
The second embodiment differs from the first embodiment in that the protective film 135 surrounding the side surface of the channel layer 140 is formed.

도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 제3 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 전술한 제1 또는 제2 실시예와 실질적으로 동일한 부분에 대하여는 상세한 설명을 생략하기로 한다.3A to 3G are cross-sectional views illustrating a nonvolatile memory device and a method of manufacturing the same according to a third embodiment of the present invention. In the following description of the present embodiment, a detailed description of portions that are substantially the same as those of the above-described first or second embodiment will be omitted.

도 3a를 참조하면, 기판(100) 상에 제1 패스 게이트 전극층(105)을 형성한다. 기판(100)은 단결정 실리콘과 같은 반도체 기판일 수 있으며, 제1 패스 게이트 전극층(105)은 도전물질, 예컨대 도핑된 폴리실리콘 또는 금속 등으로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 3A, a first pass gate electrode layer 105 is formed on a substrate 100. The substrate 100 may be a semiconductor substrate such as monocrystalline silicon and the first pass gate electrode layer 105 may be formed of a conductive material such as doped polysilicon or metal.

이어서, 제1 패스 게이트 전극층(105)을 선택적으로 식각하여 홈을 형성한 후, 이 홈 내에 희생막 패턴(110)을 형성한다.Next, the first pass gate electrode layer 105 is selectively etched to form a trench, and then a sacrificial film pattern 110 is formed in the trench.

여기서, 희생막 패턴(110)은 후속 공정에서 제거되어 후술하는 서브 채널홀이 형성될 공간을 제공하며, 후술하는 제2 패스 게이트 전극층, 층간 절연막, 정공 공급층, 희생층 및 제1 패스 게이트 전극층(105)과 식각 선택비를 갖는 물질로 형성할 수 있다. 또한, 희생막 패턴(110)은 평면상에서 볼 때 매트릭스 형태로 배열되며, 본 단면 방향의 장축과 본 단면과 교차하는 방향의 단축을 갖는 섬(Island) 모양을 가질 수 있다.Here, the sacrificial pattern 110 is removed in a subsequent process to provide a space for forming a sub-channel hole, which will be described later, and a second pass gate electrode layer, an interlayer insulating film, a hole supply layer, a sacrificial layer, (105) and an etch selectivity ratio. In addition, the sacrificial film pattern 110 may be arranged in a matrix form when viewed on a plane, and may have an island shape having a major axis in the main section direction and a minor axis in the direction crossing the main section.

이어서, 제1 패스 게이트 전극층(105) 및 희생막 패턴(110) 상에 제2 패스 게이트 전극층(115)을 형성한다. 제2 패스 게이트 전극층(115)은 도전물질, 예컨대 도핑된 폴리실리콘 또는 금속 등으로 형성할 수 있다. 한편, 제1 및 제2 패스 게이트 전극층(105, 115)은 패스 트랜지스터의 게이트 전극으로서 희생막 패턴(110)을 둘러싸는 형태를 가질 수 있다.Next, a second pass gate electrode layer 115 is formed on the first pass gate electrode layer 105 and the sacrificial layer pattern 110. The second pass gate electrode layer 115 may be formed of a conductive material such as doped polysilicon or metal. On the other hand, the first and second pass gate electrode layers 105 and 115 may have a form surrounding the sacrificial pattern 110 as a gate electrode of the pass transistor.

도 3b를 참조하면, 제2 패스 게이트 전극층(115) 상에 층간 절연막(120)을 형성한 후, 층간 절연막(120) 상에 복수의 정공 공급층(125) 및 복수의 희생층(130)을 교대로 적층한다. 층간 절연막(120)은 산화막 또는 질화막 계열의 물질로 형성할 수 있다.3B, an interlayer insulating layer 120 is formed on the second pass gate electrode layer 115, and a plurality of hole supplying layers 125 and a plurality of sacrificial layers 130 are formed on the interlayer insulating layer 120 Stack alternately. The interlayer insulating film 120 may be formed of an oxide film or a nitride film material.

여기서, 정공 공급층(125)은 메모리 셀의 소거 동작 시에 메모리 셀에 정공을 충분히 공급해주기 위한 것으로서 p형 반도체, 예컨대 p+ 폴리실리콘으로 형성할 수 있다. 또한, 희생층(130)은 후속 공정에서 제거되어 후술하는 게이트 전극이 형성될 공간을 제공하는 층으로서 정공 공급층(125)과 식각 선택비를 갖는 물질, 예컨대 산화막 계열의 물질로 형성할 수 있다.Here, the hole supply layer 125 may be formed of a p-type semiconductor, for example, p + polysilicon, to sufficiently supply holes to the memory cell during the erase operation of the memory cell. In addition, the sacrificial layer 130 may be formed of a material having an etch selectivity with the hole supply layer 125, for example, an oxide based material, as a layer which is removed in a subsequent process and provides a space for forming a gate electrode described later .

도 3c를 참조하면, 적층 구조물, 층간 절연막(120) 및 제2 패스 게이트 전극층(115)을 선택적으로 식각하여 희생막 패턴(110)을 노출시키는 한 쌍의 채널홀(H1)을 형성한다. 채널홀(H1)은 후술하는 채널층을 형성하기 위한 공간으로서 희생막 패턴(110)마다 한 쌍씩 배치되도록 할 수 있다.Referring to FIG. 3C, a pair of channel holes H1 are formed to selectively expose the sacrificial layer pattern 110 by selectively etching the stacked structure, the interlayer insulating layer 120, and the second pass gate electrode layer 115. The channel holes H1 may be arranged for each sacrificial pattern 110 as a space for forming a channel layer to be described later.

이어서, 한 쌍의 채널홀(H1)에 의해 노출된 희생막 패턴(110)을 제거한다. 이때, 희생막 패턴(110)을 제거하기 위해 제1 및 제2 패스 게이트 전극층(105, 115), 층간 절연막(120) 및 적층 구조물과의 식각 선택비를 이용한 습식 식각 공정을 수행할 수 있다. 본 공정 결과, 희생막 패턴(110)이 제거된 공간에 한 쌍의 채널홀(H1)을 연결시키는 서브 채널홀(H2)이 형성된다.Then, the sacrificial film pattern 110 exposed by the pair of channel holes H1 is removed. At this time, in order to remove the sacrificial layer pattern 110, a wet etching process using the etch selectivity ratio between the first and second pass gate electrode layers 105 and 115, the interlayer insulating layer 120, and the stacked structure may be performed. As a result of this process, the sub-channel hole H2 connecting the pair of channel holes H1 is formed in the space where the sacrificial film pattern 110 is removed.

도 3d를 참조하면, 한 쌍의 채널홀(H1) 및 서브 채널홀(H2) 내벽을 따라 보호막(135)을 형성한다. 이때, 채널홀(H1) 내벽에 형성된 보호막(135)은 희생층(130)을 제거하는 후속 공정에서 후술하는 채널층(140)이 식각되는 것을 방지하는 역할을 하며, 서브 채널홀(H2) 내벽에 형성된 보호막(135)은 패스 트랜지스터의 게이트 절연막 역할을 한다.Referring to FIG. 3D, a passivation layer 135 is formed along inner walls of the pair of channel holes H1 and the sub-channel holes H2. The protective layer 135 formed on the inner wall of the channel hole H1 serves to prevent the channel layer 140 from being etched in a subsequent process for removing the sacrificial layer 130, The protective film 135 formed on the gate insulating film 140 serves as a gate insulating film of the pass transistor.

이어서, 한 쌍의 채널홀(H1) 및 서브 채널홀(H2) 내에 채널층(140)을 형성한다. 채널층(140)은 메모리 셀 또는 선택 트랜지스터의 채널로 이용되는 메인 채널층과 패스 트랜지스터의 채널로 이용되는 서브 채널층으로 구분될 수 있으며, 예컨대 폴리실리콘과 같은 반도체 물질로 형성할 수 있다.Subsequently, a channel layer 140 is formed in the pair of channel holes H1 and the sub-channel holes H2. The channel layer 140 may be divided into a main channel layer used as a channel of a memory cell or a selection transistor, and a sub channel layer used as a channel of a pass transistor, and may be formed of a semiconductor material such as polysilicon.

도 3e를 참조하면, 적층 구조물의 최하부에 위치한 정공 공급층(125)을 제외한 나머지 정공 공급층(125) 및 희생층(130)을 선택적으로 식각하여 채널홀(H1) 양측의 정공 공급층(125) 및 희생층(130)을 분리시키는 슬릿홀(T)을 형성한다. 슬릿홀(T)은 본 단면과 교차하는 방향으로 연장되는 슬릿(Slit) 형태로 복수개가 평행하게 배열될 수 있으며, 잔류하는 정공 공급층(125)을 정공 공급층 패턴(125A)이라 한다.3E, the remaining hole supplying layer 125 and the sacrificing layer 130 except for the hole supplying layer 125 located at the lowermost portion of the stacked structure are selectively etched to form the hole supplying layer 125 ) And the sacrificial layer 130 are formed. A plurality of the slit holes T may be arranged in a slit shape extending in a direction intersecting the main end face and the remaining hole supply layer 125 may be referred to as a hole supply layer pattern 125A.

이어서, 슬릿홀(T)에 의해 노출된 희생층(130)을 제거한다. 이때, 희생층(130)을 제거하기 위해 정공 공급층 패턴(125A)과의 식각 선택비를 이용한 습식 식각 공정을 수행할 수 있다.Then, the sacrificial layer 130 exposed by the slit hole T is removed. At this time, in order to remove the sacrificial layer 130, a wet etching process using an etching selection ratio with the hole supply layer pattern 125A may be performed.

도 3f를 참조하면, 슬릿홀(T)을 통해 희생층(130)이 제거된 공간 내벽을 따라 메모리막(145)을 형성한다. 메모리막(145)은 터널 절연막, 전하 트랩막 및 전하 차단막을 순차적으로 증착하여 형성할 수 있으며, ONO(Oxide-Nitride-Oxide)의 삼중막 구조를 가질 수 있다. 한편, 보호막(135)이 터널 절연막의 역할을 수행할 수 있으며, 이러한 경우 터널 절연막의 증착 과정은 생략될 수 있다.Referring to FIG. 3F, the memory layer 145 is formed along the inner wall of the space where the sacrificial layer 130 is removed through the slit hole T. FIG. The memory layer 145 may be formed by sequentially depositing a tunnel insulating layer, a charge trap layer, and a charge blocking layer, and may have a triple-layered structure of ONO (Oxide-Nitride-Oxide). On the other hand, the protective layer 135 may serve as a tunnel insulating layer. In this case, the deposition process of the tunnel insulating layer may be omitted.

이어서, 희생층(130)이 제거된 공간을 매립하도록 메모리막(145) 상에 게이트 전극용 도전막(150)을 형성한다. 게이트 전극용 도전막(150)은 도전물질, 예컨대 화학적 기상 증착(CVD) 또는 원자층 증착(ALD) 방식으로 콘포멀하게 증착 가능한 금속 또는 금속 질화물을 포함할 수 있다.Then, a conductive film 150 for a gate electrode is formed on the memory film 145 so that the sacrificial layer 130 is buried in the removed space. The conductive film 150 for the gate electrode may comprise a conductive material such as a metal or metal nitride that can be conformally deposited by chemical vapor deposition (CVD) or atomic layer deposition (ALD) techniques.

도 3g를 참조하면, 슬릿홀(T) 내의 메모리막(145) 및 게이트 전극용 도전막(150)을 식각하여 메모리막(145) 및 게이트 전극용 도전막(150)을 슬릿홀(T)을 중심으로 분리시킨다. 본 공정 결과, 정공 공급층 패턴(125A) 사이에 게이트 전극(150A)이 형성되며, 잔류하는 메모리막(145)을 메모리막 패턴(145A)이라 한다.3G, the memory film 145 in the slit hole T and the conductive film 150 for the gate electrode are etched to form the memory film 145 and the conductive film 150 for the gate electrode in the slit hole T . As a result of this process, the gate electrode 150A is formed between the hole supply layer patterns 125A, and the remaining memory film 145 is referred to as a memory film pattern 145A.

이상의 제3 실시예에서는 층간 절연막(120) 하부에 제1 및 제2 패스 게이트 전극층(105, 115)으로 이루어지는 패스 게이트 전극을 형성하며, 이 패스 게이트 전극은 메인 채널층 한 쌍을 서로 연결시키는 서브 채널층을 갖는다는 점에서 제2 실시예와 차이가 있다.
In the third embodiment, a pass gate electrode composed of first and second pass gate electrode layers 105 and 115 is formed below the interlayer insulating film 120, and the pass gate electrode is provided with a sub- Which is different from the second embodiment in that it has a channel layer.

이상에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 장치 및 그 제조 방법에 의하면, 메모리 셀들 사이에 정공 공급층을 형성함으로써 메모리 셀의 소거 동작 시에 메모리 셀에 정공을 충분히 공급해줄 수 있다. 이에 따라 GIDL(Gate Induced Drain Leakage) 전류를 이용하지 않고도 소거 동작을 원활하게 수행할 수 있으며, 기록/소거 반복(Program/Erase Cycling)에 따른 특성 열화를 방지할 수 있다.
According to the nonvolatile memory device and the method for fabricating the nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention described above, a hole supplying layer is formed between memory cells, so that holes can be sufficiently supplied to the memory cells during the erasing operation of the memory cells. Accordingly, the erase operation can be performed smoothly without using a GIDL (Gate Induced Drain Leakage) current, and characteristic deterioration due to program / erase cycling can be prevented.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기록되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
It should be noted that the technical spirit of the present invention has been specifically described in accordance with the above-described preferred embodiments, but the above-described embodiments are intended to be illustrative and not restrictive. In addition, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

100 : 기판 105 : 제1 패스 게이트 전극층
110 : 희생막 패턴 115 : 제2 패스 게이트 전극층
120 : 층간 절연막 125A : 정공 공급층 패턴
130 : 희생층 135 : 보호막
140 : 채널층 145A : 메모리막 패턴
150A : 게이트 전극 H1 : 채널홀
H2 : 서브 채널홀 T : 슬릿홀
100: substrate 105: first pass gate electrode layer
110: a sacrificial layer pattern 115: a second pass gate electrode layer
120: interlayer insulating film 125A: hole supplying layer pattern
130: sacrificial layer 135: protective film
140: channel layer 145A: memory film pattern
150A: gate electrode H1: channel hole
H2: Sub channel hole T: Slit hole

Claims (10)

기판으로부터 수직으로 돌출된 채널층;
상기 채널층을 따라 교대로 적층된 복수의 정공 공급층 및 복수의 게이트 전극;
상기 채널층과 상기 게이트 전극 사이에 개재되는 메모리막; 및
상기 정공 공급층과 상기 게이트 전극 사이에 개재되는 절연막을 포함하는
비휘발성 메모리 장치.
A channel layer vertically protruding from the substrate;
A plurality of hole supply layers and a plurality of gate electrodes alternately stacked along the channel layer;
A memory film interposed between the channel layer and the gate electrode; And
And an insulating film interposed between the hole supply layer and the gate electrode
A non-volatile memory device.
제1 항에 있어서,
상기 정공 공급층은, p형 반도체를 포함하는
비휘발성 메모리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the hole supplying layer includes a p-type semiconductor
A non-volatile memory device.
제1 항에 있어서,
상기 채널층 측면을 둘러싸는 보호막을 더 포함하는
비휘발성 메모리 장치.
The method according to claim 1,
And a protective film surrounding the channel layer side surface
A non-volatile memory device.
제1 항에 있어서,
상기 채널층 한 쌍을 서로 연결시키는 서브 채널층; 및
상기 서브 채널층에 게이트 절연막을 개재하여 접하는 패스 게이트 전극을 더 포함하는
비휘발성 메모리 장치.
The method according to claim 1,
A sub channel layer connecting the pair of channel layers to each other; And
And a pass gate electrode contacting the sub-channel layer via a gate insulating film
A non-volatile memory device.
제4 항에 있어서,
상기 패스 게이트 전극은, 상기 서브 채널층 상부의 도전층을 포함하는
비휘발성 메모리 장치.
5. The method of claim 4,
Wherein the pass gate electrode comprises a conductive layer over the sub-channel layer
A non-volatile memory device.
기판 상에 층간 절연막을 형성하는 단계;
상기 층간 절연막 상에 복수의 정공 공급층 및 복수의 희생층을 교대로 적층하는 단계;
상기 정공 공급층 및 상기 희생층을 선택적으로 식각하여 상기 기판을 노출시키는 채널홀을 형성하는 단계;
상기 채널홀 내에 채널층을 형성하는 단계;
상기 채널홀 양측의 상기 정공 공급층 일부 및 상기 희생층을 관통하는 슬릿홀을 형성하는 단계;
상기 슬릿홀에 의해 노출된 상기 희생층을 제거하는 단계; 및
상기 희생층이 제거된 공간에 메모리막 및 게이트 전극을 순차적으로 형성하는 단계를 포함하는
비휘발성 메모리 장치의 제조 방법.
Forming an interlayer insulating film on the substrate;
Depositing a plurality of hole supply layers and a plurality of sacrificial layers alternately on the interlayer insulating film;
Forming a channel hole exposing the substrate by selectively etching the hole supply layer and the sacrificial layer;
Forming a channel layer in the channel hole;
Forming a part of the hole supply layer on both sides of the channel hole and a slit hole passing through the sacrificial layer;
Removing the sacrificial layer exposed by the slit hole; And
And sequentially forming a memory film and a gate electrode in a space in which the sacrificial layer is removed
A method of manufacturing a nonvolatile memory device.
제6 항에 있어서,
상기 정공 공급층은, p형 반도체로 형성하는
비휘발성 메모리 장치의 제조 방법.
The method according to claim 6,
The hole-supplying layer is formed of a p-type semiconductor
A method of manufacturing a nonvolatile memory device.
제6 항에 있어서,
상기 채널층 형성 단계 전에,
상기 채널홀 측벽에 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하는
비휘발성 메모리 장치의 제조 방법.
The method according to claim 6,
Before the channel layer forming step,
And forming a protective film on the sidewall of the channel hole
A method of manufacturing a nonvolatile memory device.
제6 항에 있어서,
상기 층간 절연막 형성 단계 전에,
상기 기판 상에 패스 게이트 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는
비휘발성 메모리 장치의 제조 방법.
The method according to claim 6,
Before the step of forming the interlayer insulating film,
Further comprising forming a pass gate electrode on the substrate
A method of manufacturing a nonvolatile memory device.
제9 항에 있어서,
상기 채널홀 형성 단계 후에,
상기 패스 게이트 전극 내부에 상기 채널홀 한 쌍을 서로 연결시키는 서브 채널홀을 형성하는 단계를 더 포함하는
비휘발성 메모리 장치의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
After the channel hole forming step,
And forming a sub-channel hole in the pass gate electrode to connect a pair of the channel holes to each other
A method of manufacturing a nonvolatile memory device.
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